[发明专利]一种ZnO:Ga-PMMA聚合物闪烁转换屏的制备方法在审

专利信息
申请号: 202210551431.1 申请日: 2022-05-20
公开(公告)号: CN115142138A 公开(公告)日: 2022-10-04
发明(设计)人: 李乾利;张志军 申请(专利权)人: 泰州市闪烁科技有限公司
主分类号: C30B29/60 分类号: C30B29/60;C30B29/16;C30B7/10;B82Y30/00;B29D7/01;B29B11/14;G01T1/202
代理公司: 重庆信必达知识产权代理有限公司 50286 代理人: 詹艳
地址: 225500 江苏省泰*** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: 一种 zno ga pmma 聚合物 闪烁 转换 制备 方法
【说明书】:

发明属于闪烁探测与成像领域,涉及一种超快时间响应的ZnO:Ga‑PMMA聚合物闪烁转换屏的制备方法。本发明利用水热反应法制备ZnO:Ga纳米晶或微米晶,然后通过与PMMA的结合,制备ZnO:Ga‑PMMA聚合物闪烁体,然后利用线切割机闪烁体切割成薄片闪烁转换屏,即可克服ZnO:Ga自身的自吸收问题,并再加以抛光,获得ZnO:Ga‑PMMA聚合物闪烁转换屏。ZnO:Ga‑PMMA聚合物闪烁转换屏不仅制备过程简单、成本低廉、制备周期短,而且具有良好的闪烁发光性能以及能制备出各种尺寸和不同厚度的闪烁转换屏的优势。本发明具有很高的推广应用价值,创造经济价值的潜力巨大。

技术领域:本发明属于闪烁探测与成像领域,涉及一种超快时间响应的ZnO:Ga-PMMA聚合物闪烁转换屏的制备方法。

背景技术:

闪烁体是一种能将电离辐射的能量转换成光发射的发光材料。从物质种类上可以将闪烁体材料划分为有机闪烁体和无机闪烁体两大类;从结构特点和物质形态上又可以将前者细分为有机闪烁晶体、液体闪烁体和塑料闪烁体,而后者可以分无机闪烁晶体、闪烁玻璃、闪烁陶瓷、闪烁气体。闪烁材料在核物理和高能物理领域以及核医学成像,工业勘测,边防安检都有着重要的应用。其中,光输出和衰减时间是衡量一个闪烁体性能的好坏的重要指标。

(1)光产额(光输出):光产额表示在一次闪烁过程中产生的光子数目与带电离子在闪烁晶体中损失的能量之比,也称为光输出。光产额越高说明在接收相同能量之后所释放的有效光子数越多,探测器接收到的光子数越多效率就越高。

(2)衰减时间:光衰减常数是表征闪烁晶体光衰减快慢的物理量,是表征无机闪烁体较为重要的物理量。

近年来,半导体材料因其使用广泛成为关注热点,半导体的种类很多,如氧化锌、氧化铟、氧化镍及其掺杂氧化物。其中,ZnO是应用最广泛的半导体材料之一。ZnO是半导体化合物,在天然条件下呈现n型,室温下呈六角纤锌矿结构,激子束缚能可达60meV。其熔点高、禁带宽(3.37eV)、化学性质稳定、无毒无污染且有良好的光学和电学性能。ZnO具有电阻率低、导电性能较好、在可见光范围内具有较高的透过性能等优点,因此被广泛应用在太阳能电池、传感器等领域。且ZnO储量丰富,价格低廉使得其容易制备。由于具有上述优点,许多学者对其结构、性质、制备方法、表征手段以及应用进行了研究。其制备方法也颇多,如喷雾热解法、磁控溅射法、分子束外延法、水热合成法、脉冲激光沉积法、金属有机化学气相沉积法和溶胶-凝胶.在这些技术中,水热法因其低成本、沉积程序简单、成分易于控制、加工温度较低及更易制得大面积薄膜等优点而被广泛应用。随着科学技术的不断发展,研究发现纯的ZnO在光电性能方面并没有表现出最好的状态仍需要进一步改进。经过研究人员的不断研究,杂质掺杂可以直接提高ZnO的透过率、载流子浓度和其他光电性能。因此通过杂质掺杂对ZnO进行改性,掺入的元素多种多样,如金属元素Ti和Ga,其中掺杂Ga元素,可以提高ZnO薄膜的发光性能。

尽管目前水热法能够生长出良好的大尺寸的ZnO:Ga晶体,但是由于ZnO:Ga本身的结晶习性导致想要制造出晶体尺寸足够大且性能良好的单晶十分困难。大尺寸的单晶材料生长往往需要特殊昂贵的设备,其不仅需要耐高温、高压,还要特殊的金属以保护内衬不受矿化剂的腐蚀。同时,ZnO:Ga晶体生长过程工艺十分复杂,生长速度缓慢导致生长周期过长,要得到符合要求的晶体不仅需要花费大把时间(数月左右),造价也十分昂贵,废品率高,无法实现产业化生产的要求。另外,ZnO:Ga材料存在严重的自吸收问题,如果直接用大块ZnO:Ga晶体进行闪烁探测与成像,其自身的自吸收将导致其发光效率大大降低。一种消除ZnO自吸收的方法是利用把ZnO做成百微米级的薄片加以使用。但是由于晶体一般都有很大的脆性,导致抛光过程易使晶体碎裂,所以ZnO:Ga晶体加工过程比较困难、且花费成本高。而一般的ZnO:Ga薄膜制备法,例如:磁控溅射法、脉冲激光沉积法等,获得ZnO:Ga薄膜通常在几十纳米到十几微米之间,且闪烁发光性能较差,很难获得高质量百微米量级的ZnO:Ga薄膜。

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